GIS局部放电检测方法及原理

1、GIS 局部放电在线检测特点： 实时在线，对设备重点部位进行不间断监测。系统结构： 传感器 （天线），放大器，信号过滤器，采集卡，工频信号触发器， 工业控制计算机，机柜，局部放电故障分析软件，高精度数字示波器（选配） ， 高频电缆，机械附件。方法：1. 超高频检测法 （UHF 法 ）原理： GIS 发生绝缘故障的原因是其内部电场的畸变，往往伴随着局部放电现 象，产生脉冲电流，电流脉冲上升时间及持续时间仅为纳秒 （ nS ） 级，该电流脉 冲将激发出高频电磁波， 其主要频段为 0.33GHz，该电磁波可以从 GIS 上的盘 式绝缘子处泄露出来， 采用超高频传感器 （频段为 0.33GHz ）测量

2、绝缘缝隙处的 电磁波，然后根据接收的信号强度来分析局部放电的严重程度。 优点:可以带电测量，测量方法不改变设备的运行方式，并且可以实现在线连续 监测 。可有效地抑制背景噪声，如空气电晕等产生的电磁干扰频率一般均较低,超高频方法可对其进行有效抑制。抗干扰能力强。缺点： 仅仅能知道发生了故障，但不能对发生故障的点进行准确的定位。而且 目前没有相应的国际及国内标准，不能给出一个放电量大小的结果。目前难点： 主要问题在于如何进一步提高灵敏度 ,解决各种干扰问题， 进一步实 现准确的定位。应用：2. 超声波法原理： GIS 内部产生局部放电信号的时候，会产生冲击的振动及声音， GIS 局 部放电会产生声

3、波，其类型包括纵波、横波和表面波。纵波通过气体传到外壳、 横波则需要通过固体介质（比如绝缘子等）传到外壳。通过贴在 GIS 外壳表面 的压电式传感器接收这些声波信号，以达到监测 GIS 局放的目的。因此可以用 在腔体外壁上安装的超声波传感器来测量局部放电信号。优点：传感器与 GIS 设备的电气回路无任何联系，不受电气方面的干扰。设备 使用简便，技术相对比较成熟，现场应用经验比较丰富， 可不改变设备的运行 方式进行带电测量， 由于测量的是超声波信号， 因此对电磁干扰的抗干扰能力比 较强，可以对缺陷进行定位。缺点：声音信号在气体中的传输速率很低 （约 140m/s ），且信号中的高频部分衰减很快，

4、 信号通过不同介质的时候传播速率不同， 且在不同材料的边界处会 产生反射， 因此信号模式变得很复杂。 另外传感器监测有效范围较小， 对大型设 备器需要众多的传感器，现场应用较为不便。实际应用中存在的问题：（ 1）无法区分放电信号和干扰信号。 GIS 的 PT 噪声大，无法区分其中的放电 信号和振动噪声信号；对于户外 GIS ，环境噪声很大，对超声检测干扰很大。 （2）灵敏度低。 无论纵波还是横波， 在 GIS 内部传播过程中， 衰减很大， 因此， 超声法对金属颗粒外的其他类型放电灵敏度低。（ 3）操作不便。需要通过粘结剂将传感器贴在 GIS 壳体表面，粘贴的效果和操 作者的晃动对测量效果影响很

5、大。3. 超高频和超声波联合法结构：G I S 局部放电超高频和超声波联合法的步骤：1.在 GIS盆式绝缘子处放置 UHF 传感器，进行超高频检测，进行电磁波信号的 测量，判断是否存在电磁波信号。2.使用超声传感器逐点进行声信号检测，判断是否存在声信号。之后根据出现的 几种具体情况进行进一步的分析判断。处理方法：如果电信号和声信号都存在 ，则使用超高频法根据盆式绝缘子的位置进行粗 略定位 ， 同时使用超声法进行精确定位，如果两者都定位到同一个 GIS 腔体 且表现一致，则判断该腔体内部存在放电故障， 具有绝缘缺陷， 应根据具体情况 进行进一步跟踪检测或采取相应措施 。如果只测量到了超高频电磁波

6、信号而没有超声波信号 ，则应通过改变 UHF 传感器的位置摆放和传感器的方向性及信号的频率分布， 判断是否是周围设备发 生了局部放电或者是否存在另外的干扰源，并对 GIS 设备进行重点跟踪观察 。如果超声波法测量到了声信号而超高频法没有测量到电磁波信号 ，则在使用 超声法在 超声信号最大的部位进行精确定位。通过具体位置及设备结构进行分 析，是否是设备本身的正常振动或者是设备的结构导致超高频信号衰减很大， 不 能通过检测位置测量到。并对设备进行重点跟踪观察。 优点：同时提取局部放电信号的 UHF 信号和超声信号， 通过对两种信号的对比 分析，能更加有效地排除现场干扰， 提高局部放电定位精度和缺陷

7、类型识别的准 确性，有利于发现并确定绝缘缺陷。关键： 传感器和放大器的选择，工控机部分的设计和相关软件的实现。便携式 GIS 局部放电检测系统系统构成： 便携式 : 天线，放大器，信号过滤器，采集卡，放电模拟器，便携 式工控机，单机版局部放电故障分析软件，高精度数字示波器（选配） ，高频电缆，机械附件。原理：频检测法 （UHF 法 ）放电点定位几种技术：信号幅值比较法把传感器分别放在 GIS 的各个盆式绝缘子处。比较各处所测到的信号的大小， 信号最大的盆式绝缘子的位置即为靠近放电点的位置。优点：一般只需要一个 UHF 探头，操作简单、方便，对于每次放电信号相对稳 定、UHF 信号幅值衰减比较明

8、显的放电源，该方法较为有效。信号先后比较法依据 UHF 信号到达 UHF 探头的先后顺序判断放电点的具体位置。改变 UHF 探 头的位置，逐渐缩小测量点距放电点的距离，最终确定放电点 。平分面法采用两个 UH F 探头同时进行测量， 过改变两个 U HF 探头的具体位置使其时间 差为零此时 两个 UHF 探头之间的平面为放电点所在平面重复上述操作可以依 次得到另外两个放电点平面 3 个放电点平面的交点即为放电点的具体位置。时间差计算法 采用多探头和多通道数字示波器同时进行测量时间差计算法的基本原理是分别 计算各探头获得的 UHF 信号时间差并根据 电磁波的传播速度通过计算得出放 电点。超声波法

9、当 GIS 发生击穿放电时由事先安装在 GIS 外壳上不同位置处的声学传感器捕 捉放电时产生的声压信号 并产生光信号， 光信号通过光纤传输到中央处理分析 单元。在中央处理分析单元的屏幕上显示各传感器接收到声音信号的时间。 显 然，越早接收到信号的传感器离放电位置越近。 初始定位后， 可通过重新布置传 感器的位置和重新试验使传感器接近放电点，直到达到理想的精确度为止。 超高频和超声波联合法超声波原理原 理：采用超高频技术、因特网接入技术、 HMI 后台处理软件 ）采用声电联合定位法进行绝缘缺陷定 位 ,先用多路超高频初步定位 ,再用多路声电联合 定位 ,能进一步提高局部放电定位的精度。1

10、3; 1 局放产生的原因GIS 中局放产生的原因有几种 1:绝缘体内 部存在自由移动的金属微粒 ;绝缘体内或高压导 体上存在针尖状突出物 ;由于制造原因在绝缘表 面上可能存在固定的微粒 ;附近存在悬浮电位体 或导体间连接点接触不好 ;轻微局放或制造时造 成绝缘体内部或表面存在气隙、裂纹等。1·2 GIS 中局放的监测方法1 1 脉冲电流法1 2 超高频检测法1 3 超声波检测法1. 4 超高频与超声波的联合检测3 1 A类绝缘缺 陷 ： 母线上 有突 出物3 。 2 B类绝缘缺 陷： 内壁上有 突出物3 _ 3 C 类绝缘缺 陷 ： 绝缘盆子 表面有金属微粒3 4 D类绝缘缺陷： 绝

11、缘盆子内部有气泡3 5 E类绝缘缺陷： 自由微粒( 1 ) 超声波检测法对金属尖端 、 悬浮电位等缺陷具有较高的灵敏性 泡和绝缘子表面颗粒等缺陷不敏感自由金属颗粒 、而对绝缘子气。超声波检测法抗干扰能力强1 功能和特点( 1 ) 在线检测， 不影响 G I S 的正常运行 ； ( 2 ) G I S 体外传感， 不需拆动 GI S 的任何部 件；( 3 ) 抗干扰能力强， 采用特高频电磁波传感， 避开了电力系统中电晕放电等主要电磁干扰信号 的频段 ：( 4 ) 检测灵敏度高， 能够检测到 1 0 p C 的局部 放电；( 5 ) 具有定位功能， 定位精度能够达到正负 1 米以内；( 6 ) 操

12、作灵活方便，可移动手持式传感器于各种位置的测量和信号 比较；( 7 ) 体积小， 重量轻， 设备简单， 价格便宜， 不 需专用的试验变压器及其他设备。G I S设备在制造、使用过程中均可能使设备内部有电极表面脏污， 毛刺、自由粒子、接触不良引起浮电位等缺陷。上述缺陷导致、 GIS 在高电压下造成内部电场畸变， 该畸变电场发展到一定程度， 便形成 GIS 内部的绝缘故障。 G I S发生绝缘故障的原因是其内部电场的畸 变，而该畸变往往伴随着局部放电现象， 局部放电是电气绝缘中局部 区域的电击穿，伴随有正负电荷的中和，产生脉冲电流，电流脉冲上 升时间及持续时间仅为纳秒 ( n S ) 级，该电流脉冲将激发出高频电 磁波，其主要频段为 0.3